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路径损耗和阴影衰落.ppt

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第2章 路径损耗和阴影衰落,无线信道的挑战:可靠、高速通信?? 噪音、干扰和其他信道因素影响 用户移动和信道动态变化—随时间随机变化 讨论:路径损耗和阴影效应接收信号功率随距离变化的规律,,,路径损耗:由发射功率的辐射扩散及信道的传播特性造成 一般认为对于相同收发距离,路径损耗相同 阴影效应:由发射机和接收机之间的障碍物造成 障碍物通过吸收、反射、散射和绕射等方式衰减信号功率,甚至严重时阻断信号。 cf: 路径损耗引起在长距离上; 而阴影引起在障碍物尺寸的距离上功率变化 (室外:10m- 100m,室内更小),,大尺度传播效应:两者在相对较大距离上引起的功率变化(cf.小尺度传播效应) 小尺度传播效应:如:多径信号干涉,在波长数量级距离上引起功率变化。 在路径损耗、阴影效应和多径传播下: X的分贝值:xlog10x,2.1 无线电波传播,无线电波传播发展历史:物理发现通信技术 1864年J.C. Maxwell建立的电磁波传播理论预言无线电波存在 1887年H.Hertz证实了电磁波物理存在他认为声波频率非常低且电磁波传播特性差,无法携带语音 1894年O.Lodge 第一个无线通信系统,距离150m 1897年G.Marconi把无线电信号从怀特岛发到18英里外的拖船 1901年Marconi无线通信系统能横跨大西洋,2.1 无线电波传播,无线电波传播发展历史: 电波信号通信 1906年Fessenden使用幅度调制第一次进行了语音和音乐传送:低频信号调制到高频电磁波上传输突破Hertz的低频传播限制今天各种无线通信系统普遍适用方法 电磁波传播: 墙壁、地面、建筑物等反射、散射和绕射,2.1 无线电波传播,电磁波传播: 电波传播:求解带边界条件的Maxwell方程 边界条件:表征障碍物的物理特征 求解:计算复杂,参数难以得到 近似方法:描述传播特性、避免求解复杂的Maxwell方程 常见近似方法: 射线跟踪技术:忽略Maxwell方程散射效应 射线跟踪模型: 两径模型、经验模型、统计模型等等,2.2 发送和接收信号模型,发送信号和接收信号的表示: 接收与发送信号:实信号(vs.复数信道建模) 发送和接收信号表示成复信号的实部 发送信号:u(t)为s(t)的等效基带信号接收信号:,2.2 发送和接收信号模型,多普勒频移:当发射机和接收机中有一方在移动时,接收信号会有一个多普勒频移:入射波相对于移动方向角度v:接收机沿移动方向移动速度:信号波长,2.2 发送和接收信号模型,多普勒频移:,,,2.2 发送和接收信号模型,多普勒频移: 接收机朝发送机方向移动 正值 发送信号s(t)的功率为Pt,接收信号r(t)功率Pr 信道的路径损耗真值:发送功率和接收功率的比值。信道的路径损耗:路径损耗真值的分贝数,2.2 发送和接收信号模型,信道是无源的,只能衰减信号,用分贝表示的路径损耗一般都是非负值 路径增益分贝值:路径损耗分贝值的负数(通常负值),2.3 自由空间的路径损耗,视距(LOS)信道:假设信号经过自由空间到达距离d处的接收机,发射机和接收机之间没有任何障碍物,信号沿直线传播。 相应的接收信号:LOS信号或直射信号 自由空间路径损耗使接收信号相对于发送信号引入了一个复数因子,产生接收信号:,2.3 自由空间的路径损耗,: 视距方向上发射天线和接收天线的增益之积:由传播距离d引起的相移,2.3 自由空间的路径损耗,发送信号s(t)功率Pt则有:接收功率与收发天线间距离d的平方成反比(其他模型中随d下降的更快) 接收功率与波长的平方成正比载波频率越高接收功率越小 接收功率与波长有关是因为:接收天线的有效面积和波长有关。(如采用定向天线,接收功率也可能随着频率增加而增加),2.3 自由空间的路径损耗,自由空间路径损耗定义为:自由空间模型下的路径损耗自由空间路径增益为:,2.3 自由空间的路径损耗,eg1:有一室内WLAN,载波频率fc=900MHz,小区半径10m,使用全向天线。自由空间路径损耗模型下,如果要求小区所有终端的最小接收功率为10μW,问接入点发射功率应该是多大?如果工作频率变成5GHz,相应所需的发射功率又是多少? Tips:全向天线Gl=1,2.4 射线跟踪,反射、绕射和散射:从固定发射机发出的无线电信号在其传播环境中会遇到许多物体,从而发生 经由反射、绕射和散射到达接收机的信号分量:多径信号分量,2.4 射线跟踪,接收端收到多径信号cf直射信号:功率衰减、时延、相移及频移 多径信号和直射信号在接收端叠加信号失真 Q:考虑有限个反射体,if位置和介电性质已知适当边界条件求解Maxwell方程多径传播路径 计算复杂,不适于通用建模方法 射线跟踪法:简单几何方程取代Ma
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